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Una situazione cumuna: Un ingegnere di design inserisce una perla di ferrite in un circuitu chì hà prublemi EMC, solu per truvà chì a perla face veramente un rumore indesideratu peghju. Cumu puderia esse?
A risposta à sta quistione hè abbastanza sèmplice, ma ùn pò esse largamente capitu, eccettu per quelli chì passanu a maiò parte di u tempu à risolve i prublemi EMI. Bastamente, e perle di ferrite ùn sò micca perle di ferrite, micca perle di ferrite, etc. A maiò parte di i pruduttori di ferrite furniscenu. una tavula chì lista u so numeru di parte, impedenza à una certa freccia (di solitu 100 MHz), resistenza DC (DCR), currente nominale massimu è alcune dimensioni Information (vede Table 1).Tuttu hè quasi standard.Ciò chì ùn hè micca mostratu in i dati. u fogliu hè l'infurmazione materiale è e caratteristiche di prestazione di frequenza currispundenti.
I perle di ferrite sò un dispositivu passiu chì pò caccià l'energia di u rumore da u circuitu in forma di calore. Perle magnetiche generanu impedenza in una larga gamma di frequenze, eliminendu cusì tutta o parte di l'energia di rumore indesiderata in questa gamma di frequenza. Per l'applicazioni di tensione DC ( cum'è a linea Vcc di un IC), hè desideratu avè un valore di resistenza DC bassu per evità grandi perdite di putenza in u signale necessariu è / o tensione o fonte di corrente (perdita I2 x DCR). alta impedenza in certi intervalli di freccia definiti. Per quessa, l'impedenza hè ligata à u materiale utilizatu (permeabilità), a dimensione di a perla di ferrite, u nùmeru di avvolgimenti, è a struttura di l'avvolgimentu. Ovviamente, in una dimensione di l'abitazione data è materiale specificu utilizatu. , u più windings, u più altu l'impedenza, ma cum'è a lunghezza fisica di a bobina interna hè più longa, questu pruducerà ancu una resistenza DC più alta. A corrente nominale di stu cumpunente hè inversamente proporzionale à a so resistenza DC.
Unu di l'aspetti basi di l'usu di ferrite in l'applicazioni EMI hè chì u cumpunente deve esse in a fase di resistenza. Chì significarà? In modu simplice, questu significa chì "R" (resistenza AC) deve esse più grande di "XL" (inductive). reactance).At frequenze induve XL> R (frequenza più bassa), u cumpunente hè più cum'è un inductor chì un resistor.At a freccia di R> XL, a parte si cumporta cum'è una resistenza, chì hè una caratteristica necessaria di ferrite beads.The a frequenza à quale "R" diventa più grande di "XL" hè chjamatu freccia "crossover". Questu hè mostratu in a Figura 1, induve a freccia di crossover hè 30 MHz in questu esempiu è hè marcatu da una freccia rossa.
Un'altra manera di guardà questu hè in quantu à ciò chì u cumpunente eseguisce in realtà durante a so fase di induttanza è resistenza. furnisce una certa prutezzione per l'equipaggiu sensitivu à l'altra parte di u perle di ferrite, ma ancu introduce "L" in u circuitu, chì pò causà resonance è oscillazione (ringing). di l'energia di u sonu serà riflessu è una parte di l'energia di u sonu passerà, secondu i valori di induttanza è impedenza.
Quandu u perle di ferrite hè in a so fase resistiva, u cumpunente si cumporta cum'è un resistore, per quessa, blucca l'energia di u rumore è assorbe quella energia da u circuitu, è l'assorbe in forma di calore. lu stissu prucessu, ligna di pruduzzioni è tecnulugia, machini, è certi di i stessi materiali cumpunenti, perle ferrite aduprà materiali ferrite lossy, mentri inductors aduprà ferru bassu perdita Material.This ossigenu hè mustratu in a curva in Figura 2.
A figura mostra [μ''], chì riflette u cumpurtamentu di u materiale perle di ferrite cù perdita.
U fattu chì l'impedenza hè datu à 100 MHz hè ancu parte di u prublema di selezzione. In parechji casi di EMI, l'impedenza à questa freccia hè irrilevante è ingannante. U valore di questu "puntu" ùn indica micca se l'impedenza aumenta, diminuite. , diventa piatta, è l'impedenza righjunghji u so valore piccu à sta freccia, è s'ellu u materiale hè sempre in a so fase di inductance o hà trasfurmatu in a so fase di resistenza. almenu cum'è mostra in u data sheet.See Figura 3.All 5 curve in sta figura sò per differente 120 ohm ferrite beads.
Allora, ciò chì l'utilizatori deve ottene hè a curva d'impedenza chì mostra e caratteristiche di freccia di a perla di ferrite. Un esempiu di una curva d'impedenza tipica hè mostrata in Figura 4.
A figura 4 mostra un fattu assai impurtante. Questa parte hè designata cum'è una perla di ferrite 50 ohm cù una freccia di 100 MHz, ma a so freccia di crossover hè di circa 500 MHz, è ottene più di 300 ohms trà 1 è 2,5 GHz. fighjendu a scheda di dati ùn lasciarà micca à l'utilizatore sapè questu è pò esse ingannatu.
Cum'è mostra in a figura, i pruprietà di i materiali varienu. Ci hè parechje varianti di ferrite utilizatu per fà perle di ferrite. Certi materiali sò alta perdita, banda larga, alta frequenza, perdita d'inserzione bassa è cusì. A figura 5 mostra u gruppu generale da frequenza di applicazione è impedenza.
Un altru prublema cumuni hè chì i diseggiani di circuiti sò in qualchì volta limitati à a selezzione di perle di ferrite in a so basa di dati di cumpunenti appruvati. Se a cumpagnia hà solu uni pochi di perle di ferrite chì sò stati appruvati per l'usu in altri prudutti è sò cunsiderate satisfactori, in parechji casi, ùn hè micca necessariu di valutà è appruvà altri materiali è parte numbers.In u passatu ricenti, questu hà ripetutamente purtatu à qualchi effetti aggravating di u prublema di u rumore EMI uriginale discritta sopra. U metudu prima efficace pò esse applicabile à u prossimu prughjettu, o si Ùn pò micca esse efficace. Ùn pudete micca solu seguità a suluzione EMI di u prugettu precedente, soprattuttu quandu a freccia di u signale necessariu cambia o a freccia di cumpunenti radianti potenziali cum'è l'equipaggiu di clock cambia.
Se guardate e duie curve d'impedenza in a Figura 6, pudete paragunà l'effetti materiale di duie parti designate simili.
Per questi dui cumpunenti, l'impedenza à 100 MHz hè 120 ohms. Per a parte di a manca, utilizendu u materiale "B", l'impedenza massima hè di circa 150 ohms, è hè realizatu à 400 MHz. Per a parte à diritta. , Utilizendu u materiale "D", l'impedenza massima hè 700 ohms, chì hè ottenuta à circa 700 MHz. Ma a più grande diferenza hè a freccia di crossover. A transizione di materiale "B" ultra-alta perdita in 6 MHz (R> XL) , Mentre chì u materiale "D" di freccia assai alta ferma induttiva à circa 400 MHz. Quale parte hè quella curretta per aduprà? Dipende di ogni applicazione individuale.
A figura 7 mostra tutti i prublemi cumuni chì si trovanu quandu i perle di ferrite sbagliati sò selezziunati per suppressione EMI. U signale micca filtratu mostra 474.5 mV undershoot in un 3.5V, 1 uS pulse.
In u risultatu di l'usu di un materiale di tipu d'alta perdita (trama di u centru), l'undershoot di a misurazione aumenta per via di a freccia di crossover più altu di a parte. U signale undershoot cresce da 474,5 mV à 749,8 mV. U materiale Super High Loss hà un bassa frequenza di crossover è bonu rendiment.Serà u materiale adattatu per utilizà in questa applicazione (foto à diritta). U undershoot cù sta parte hè ridutta à 156,3 mV.
Quandu u currente direttu attraversu i perle aumenta, u materiale di u core principia à saturate.For inductors, questu hè chjamatu currente di saturazione è hè specificatu cum'è una caduta percentuale in u valore di inductance.For perle di ferrite, quandu a parte hè in a fase di resistenza, u L'effettu di a saturazione hè riflessu in a diminuzione di u valore di l'impedenza cù a frequenza. Questa caduta di l'impedenza riduce l'efficacità di i perle di ferrite è a so capacità di eliminà u rumore EMI (AC).
In questa figura, a perla di ferrite hè valutata à 100 ohms à 100 MHz. Questa hè l'impedenza tipica misurata quandu a parte ùn hà micca currente DC. Tuttavia, si pò vede chì una volta chì un currente DC hè appiicatu (per esempiu, per IC VCC). input), l'impedenza effettiva diminuisce drasticamente.In a curva di sopra, per un currente di 1.0 A, l'impedenza effettiva cambia da 100 ohms à 20 ohms.100 MHz.Forse micca troppu criticu, ma qualcosa chì l'ingegnere di designu deve esse attentu.Similarly, usendu solu i dati di caratteristiche elettriche. di u cumpunente in a scheda di dati di u fornitore, l'utilizatore ùn serà micca cunnisciutu di stu fenomenu bias DC.
Cum'è l'induttori RF d'alta freccia, a direzzione di l'avvolgimentu di a bobina interna in a perla di ferrite hà una grande influenza nantu à e caratteristiche di freccia di u bead.Winding direzzione ùn solu affetta a relazione trà l'impedenza è u livellu di frequenza, ma ancu cambia a risposta di frequenza. In a Figura 9, duie perle di ferrite di 1000 ohm sò mostrate cù a listessa dimensione di l'alloghju è u stessu materiale, ma cù duie cunfigurazioni di avvolgimentu diffirenti.
I bobine di a parte manca sò ferite nantu à u pianu verticale è stacked in a direzzione horizontale, chì pruduce una impedenza più alta è una risposta di frequenza più altu ch'è a parte à u latu drittu ferita in u pianu horizontale è stacked in a direzzione verticale. à a reactance capacitive più bassu (XC) assuciata cù a capacità parassita ridutta trà u terminal finale è a bobina interna. A XC più bassa pruducia una freccia d'autoresonanza più alta, è poi permette à l'impedenza di a perla di ferrite per cuntinuà à cresce finu à ch'ella sia. righjunghji una freccia di self-resonance più altu, chì hè più altu ch'è a struttura standard di u perle di ferrite U valore di l'impedenza. E curve di i dui perle di ferrite di 1000 ohm sopra sò mostrati in Figura 10.
Per più dimustrà l'effetti di a selezzione di ferrite curretta è incorrecta, avemu usatu un circuitu di prova simplice è una scheda di prova per dimustrà a maiò parte di u cuntenutu discutitu sopra. "A", "B" è "C", chì sò situati à a distanza da u dispusitivu di output di trasmettitore (TX).
L'integrità di u signale hè misurata nantu à u latu di output di e perle di ferrite in ognuna di e trè pusizioni, è hè ripetuta cù dui perle di ferrite fatti di materiali diffirenti. "A", "B" è "C". In seguitu, un materiale "D" di frequenza più altu hè stata utilizata. I risultati puntu à puntu chì utilizanu sti dui perle di ferrite sò mostrati in Figura 12.
U signale micca filtratu "attraversu" hè visualizatu in a fila media, chì mostra qualchì overshoot è undershoot nantu à i bordi ascendenti è cadenti, rispettivamente. Si pò vede chì utilizendu u materiale currettu per e cundizioni di prova sopra, u materiale di perdita di freccia più bassa mostra un bonu overshoot. è u migliuramentu di u signale undershoot nant'à u rising and falling edges.These risultati sò mostrati in a fila suprana di Figura 12.U risultatu di l'usu di materiali d'alta freccia pò causà sonu, chì amplifies ogni livellu è aumenta u periodu di inestabilità. mostra nantu à a fila di fondu.
Quandu si vede a migliione di EMI cù a frequenza in a parte superiore cunsigliata (Figura 12) in a scansione horizontale mostrata in a Figura 13, si pò vede chì per tutte e frequenze, sta parte riduce significativamente i spikes EMI è riduce u livellu di rumore generale à 30. à circa In a gamma 350 MHz, u livellu accettabile hè assai sottu à u limitu EMI evidenziatu da a linea rossa.Questu hè u standard regulatori generale per l'equipaggiu di Classe B (FCC Part 15 in i Stati Uniti). U materiale "S" utilizatu in perle di ferrite hè specificamente utilizatu per queste frequenze più basse. Si pò vede chì una volta chì a frequenza supera 350 MHz, u U materiale "S" hà un impattu limitatu nantu à u nivellu di rumore EMI originale, senza filtrazione, ma riduce un spike maiò à 750 MHz da circa 6 dB. Se a parte principale di u prublema di rumore EMI hè più altu di 350 MHz, avete bisognu di cunzidira l'usu di materiali ferrite di freccia più altu chì l'impedenza massima hè più altu in u spettru.
Di sicuru, tutti i sughjetti (cum'è mostra in a curva di fondu di a Figura 12) pò esse generalmente evitati da a prova di rendiment reale è / o un software di simulazione, ma si spera chì questu articulu permetterà à i lettori di scaccià parechji sbagli cumuni è riduce a necessità di selezziunà u tempu di ferrite currettu, è furnisce un puntu di partenza di più "educatu" quandu i perle di ferrite sò necessariu per aiutà à risolve i prublemi EMI.
Infine, hè megliu appruvà una seria o serie di perle di ferrite, micca solu un numeru di parte, per più scelte è flessibilità di disignu. Si deve esse nutatu chì i diversi fornitori utilizanu materiali diffirenti, è a prestazione di frequenza di ogni fornitore deve esse rivista. , soprattuttu quandu parechji acquisti sò fatti per u stessu prughjettu. Hè un pocu faciule per fà questu a prima volta, ma una volta chì e parti sò inseriti in a basa di dati di cumpunenti sottu un numeru di cuntrollu, ponu esse usatu in ogni locu.L'impurtante hè chì u funziunamentu di freccia di e parte di diversi fornituri hè assai simili per eliminà a pussibilità di altre applicazioni in u futuru U prublema hè accadutu. U megliu modu hè di ottene dati simili da diversi fornituri, è almenu avè una curva d'impedenza. Stu vi dinù assicurà chì i perle di ferrite currettu sò usati à scioglie u vostru prublema EMI.
Chris Burket hà travagliatu in TDK dapoi u 1995 è hè avà un ingegnere di l'applicazioni senior, chì sustene un gran numaru di cumpunenti passivi.Burket hà scrittu è publicatu documenti tecnichi in parechji fori.Burket hà ottenutu trè brevetti americani nantu à i commutatori ottici / meccanichi è i condensatori.
In Compliance hè a fonte principale di nutizie, informazioni, educazione è ispirazione per i prufessiunali di l'ingegneria elettrica è elettronica.
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